基于51單片機樓宇智能防災報警系統

田端財

【摘 要】 針對當代人們對生活起居質量、功能和安全等方面要求不斷提高，分析了目前各類智能小區存在的不足，整合利用現有設施，通過技術上的完善，提出了一種基于AT89C51單片機嵌入式樓宇智能防災報警系統的實現方案，該方案介紹了基于51單片機嵌入式技術的設計和實現過程，并介紹了該系統的主要功能等。

【關鍵詞】 AT89C51單片機 嵌入式 智能 防災報警

1 背景

我國隨著城市化進程不斷深入，越來越多的人住上了樓房，然而家庭這個個體的獨立化程度越來越高，即便是對門鄰居也很少來往，尤其白天人們上班后，家庭這個個體就成為一個與世隔絕的封閉環境，家庭內部發生了什么都很難知曉，如此導致家庭內部發生危險災害等問題時不能得到及時處理而使問題擴大，甚至無法控制，而且這個災害都是不可預知的。家庭內部可能出現的災害主要有：（1）天然氣泄漏；（2）各種原因引起的火災危害；⑶自來水、暖氣管道泄漏引起的水災危害等，有時這些災害可能并發。控制災害最好的方法是這些突發災害剛剛發生時及時感知并加以控制防止繼續蔓延。

2 可行性研究

在日常生活中也有一些防控災害的裝置，如燃氣泄漏報警裝置；自來水漏水報警裝置；火災煙霧報警裝置等，但這些裝置的工作都是相互獨立的而且很難完全的制住災害，如燃氣使用時如果電磁閥前端有泄漏，那么裝置即使發現有漏氣并關閉電磁閥也無法控制災害。通過對現有的一些防災報警裝置的研究和分析，聯合工業控制領域DCS控制系統理論，我設計了本系統，本系統是在家庭內部選用現有的防災報警裝置和小區的控制中心通過總線方式連接起來，形成類似DCS的集散型控制系統，理論上只要家庭終端防災報警裝置發現災害就能夠及時把信號發送給控制中心，小區控制中心也就能夠做出及時處理。經過實驗和DCS的成功經驗，證明本系統是可行的。

3 系統簡介

3.1 硬件結構

該系統為三層結構（如圖1）：底層是與用戶相關的終端設備，稱現場層或用戶層，包括顯示器、傳感器和報警器等。終端設備的主要功能為實時探測周圍環境信息，實現模數/數模轉換，傳送數據到上層，接受上層控制信息，實現設備狀態、災害類型、方位的顯示等；中間層為微控制器層或家庭控制器層、家庭控制器，該層是本系統的核心部件，選用AT89C51單片機，功能為接收底層發來的信息，實現簡單比較、計算和暫存等，傳送數據給上層，接收上層命令，發送控制信息控制底層設備工作狀態等，是家庭單位的控制中心，控制家庭所有的終端設備，家庭控制器的規格與數量取決于終端信號的數量和性質；最高層為管理控制中心，為中心監控層，選用普通PC，連接LED指示燈、報警器等外圍設備，結合管理軟件，管理所有的家庭控制器，另外小區各種管網的主干終端設備也與之相連，可實現在小區入口上防控災害。各層和設備之間都是通過總線結構連接，為提高工作效率，該系統各層之間通過中斷方式傳輸數據。

此外，本系統為在發生緊急情況時可實現人工報警、控制等應急處理，在各個方便位置加裝緊急應急按鈕或腳踏開關等。

3.2 系統功能

安全是人們在追求高質量智能化住宅的前提下，對住宅的更高要求。本系統充分考慮長效性問題，能夠實現長期穩定運行，具備以下功能：

（1）用戶層終端設備用具有實時監測功能的傳感器對家庭內部環境進行實時監測，一旦監測到異常情況通過中斷方式發送給上層，并且蜂鳴器發出報警聲音，顯示器顯示異常情況類型代碼和位置代碼，發光二極管用不同顏色的光來表征異常情況的類型；

（2）實時監測現場環境狀態，并進行比較、計算和判斷交付上層，并能夠根據上層反饋的控制信息做出一系列的控制動作，實現對災害的監測控制；

（3）各控制器、傳感器等在進行災害監測之前，實現自身工作狀態檢測，以保證該系統的正常運行；

（4）各控制器、終端設備等具有工作異常時自我檢測、控制和復位重啟等系統保護功能，保證系統長效安全運行。

3.3 家庭控制器工作過程

本系統主要任務是進行樓宇災害的智能預防、報警和控制，主要防控方式通過中斷實現。在災害發生前或發生初，通過傳感器感知相應信號，并對信號進行辨析：如發現系統工作異常信號，則系統自檢并自我修復，AT89C51設置看門狗，防止程序跑飛以保證系統24小時正常工作；如確定為災害信號，則系統根據預定標準進行判別，確定災害類型以便進行相應處理。本系統以LED發光顏色區分類型：紅光為火災；藍光為水災；黃光為有害氣體泄露等。同時報警器響，系統根據中斷類型碼確定災害可能的位置并在顯示器上顯示。具體防控流程如圖2所示。

如圖所示，a.系統主程序：（1）在開始時，系統初始化，自檢，以保存系統正常運行；（2）開中斷以便接收中斷請求；（3）系統進入正常工作狀態，等待中斷請求的到來。b.中斷過程：（1）關中斷，防止再有其他的中斷請求；（2）判斷中斷類型碼，確定是災害還是工作異常，如果工作異常，則系統復位，如是災害通過比較、計算和判斷確定災害相關參數上報控制中心，同時對終端設備加以控制，顯示器顯示事發位置，相應LED燈放光，報警器報警等。（3）當所有的操作完成后，相應設備復位，返回主程序繼續運行等待。

4 結語

本系統利用DCS原理通過在家庭內部加裝一個微控制器，把家庭內部原來獨立的設備利用2芯總線方式集合起來，實現集散式控制，非常靈活的獲取環境參數，加以計算、比較、判斷和控制，并通過網絡發送到小區監控中心，從而從主干上控制災害。該系統集防火、防水、防燃氣泄漏等功能于一身，本系統報警部分實現聲音報警，災害類別燈光指示，位置判別和顯示等功能。本系統可實現自我檢測、自動修整、復位等，利用循環查詢方式定期檢測終端設備的工作狀態，確保系統24小時不間斷運行，具有長效性。本系統為AT89C51開發了相應的看門狗程序，防止跑飛。另外本系統還安裝應急開關，實現人工控制，本系統如進一步完善可增設防盜功能等。

參考文獻

[1]肖婧.單片機系統設計與仿真--基于PROTEUS[M].北京：北京航空航天大學出版社，2010.

[2]周立功，等.ARM嵌入式系統基礎教程.北京航空航天出版社，2005.

[3]符意德.嵌入式系統原理與開發應用（第三版）.電子電子工業出版社，2003.